Silnik synchroniczny a silnik indukcyjny
Zarówno silniki indukcyjne, jak i synchroniczne są silnikami prądu przemiennego używanymi do konwersji energii elektrycznej na energię mechaniczną.
Więcej informacji o silnikach indukcyjnych
W oparciu o zasady indukcji elektromagnetycznej, pierwsze silniki indukcyjne zostały wynalezione niezależnie przez Nikolę Teslę (w 1883 r.) i Galileo Ferraris (w 1885 r.). Ze względu na prostą konstrukcję i wytrzymałe użytkowanie oraz niskie koszty budowy i konserwacji, silniki indukcyjne były wybierane spośród wielu innych silników prądu przemiennego, do ciężkiego sprzętu i maszyn.
Konstrukcja i montaż silnika indukcyjnego są proste. Dwie główne części silnika indukcyjnego to stojan i wirnik. Stojan w silniku indukcyjnym to szereg koncentrycznych biegunów magnetycznych (zwykle elektromagnesów), a wirnik to szereg zamkniętych uzwojeń lub prętów aluminiowych ułożonych w sposób podobny do klatki wiewiórkowej, stąd nazwa wirnik klatkowy. Wał dostarczający wytwarzany moment obrotowy przechodzi przez oś wirnika. Wirnik jest umieszczony w cylindrycznej wnęce stojana, ale nie jest podłączony elektrycznie do żadnego obwodu zewnętrznego. Brak komutatora, szczotek lub innego mechanizmu łączącego nie jest używany do dostarczania prądu do wirnika.
Jak każdy silnik wykorzystuje siły magnetyczne do obracania wirnika. Połączenia w cewkach stojana są rozmieszczone w taki sposób, że przeciwne bieguny są generowane dokładnie po przeciwnej stronie cewek stojana. W fazie rozruchu bieguny magnetyczne są tworzone w sposób okresowo przesuwający się wzdłuż obwodu. Powoduje to zmianę strumienia w uzwojeniach wirnika i indukuje prąd. Ten indukowany prąd generuje pole magnetyczne w uzwojeniach wirnika, a interakcja między polem stojana a indukowanym polem napędza silnik.
Silniki indukcyjne są przystosowane do pracy zarówno przy prądach jednofazowych, jak i wielofazowych, przy czym te ostatnie są przeznaczone do ciężkich maszyn, które wymagają dużego momentu obrotowego. Prędkość silników indukcyjnych może być kontrolowana za pomocą liczby biegunów magnetycznych w biegunie stojana lub poprzez regulację częstotliwości wejściowego źródła zasilania. Poślizg, który jest miarą określającą moment obrotowy silnika, wskazuje na sprawność silnika. Zwarte uzwojenia wirnika mają małą rezystancję, co skutkuje dużym prądem indukowanym dla małego poślizgu w wirniku; dlatego wytwarza duży moment obrotowy.
Przy maksymalnych możliwych warunkach obciążenia, dla małych silników poślizg wynosi około 4-6% i 1,5-2% dla dużych silników, stąd uważa się, że silniki indukcyjne mają regulację prędkości i są uważane za silniki o stałej prędkości. Jednak prędkość obrotowa wirnika jest mniejsza niż częstotliwość wejściowa źródła zasilania.
Więcej o silniku synchronicznym
Silnik synchroniczny to drugi główny typ silnika prądu przemiennego. Silnik synchroniczny jest zaprojektowany do pracy bez różnicy w prędkości obrotowej wału i częstotliwości prądu źródła prądu przemiennego; okres rotacji jest całkowitą wielokrotnością cykli prądu przemiennego.
Istnieją trzy główne typy silników synchronicznych; silniki z magnesami trwałymi, silniki z histerezą i silniki reluktancyjne. Jako magnesy trwałe na wirniku stosowane są magnesy trwałe wykonane z neodymowo-borowo-żelazowego, samarowo-kob altowego lub ferrytowego. Głównym zastosowaniem silników z magnesami trwałymi są napędy o zmiennej prędkości, w których stojan zasilany jest ze zmiennej częstotliwości i napięcia. Są one stosowane w urządzeniach wymagających precyzyjnej kontroli prędkości i pozycji.
Silniki histeretyczne mają solidny, gładki cylindryczny wirnik, który jest odlany z „twardej” stali kob altowej o wysokiej koercji magnetycznej. Materiał ten ma szeroką pętlę histerezy, co oznacza, że po namagnesowaniu w danym kierunku, do odwrócenia namagnesowania wymaga dużego odwrotnego pola magnetycznego w przeciwnym kierunku. W rezultacie silnik histerezy ma kąt opóźnienia δ, który jest niezależny od prędkości; rozwija stały moment obrotowy od rozruchu do prędkości synchronicznej. Dlatego uruchamia się samoczynnie i nie wymaga uzwojenia indukcyjnego, aby go uruchomić.
Silnik indukcyjny a silnik synchroniczny
• Silniki synchroniczne działają z prędkością synchroniczną (RPM=120f/p), podczas gdy silniki indukcyjne działają z prędkością mniejszą niż prędkość synchroniczna (RPM=120f/p – poślizg), a poślizg jest prawie zerowy przy zerowym momencie obrotowym i poślizgu wzrasta wraz z momentem obciążenia.
• Silniki synchroniczne wymagają prądu stałego do wytworzenia pola w uzwojeniach wirnika; silniki indukcyjne nie muszą dostarczać żadnego prądu do wirnika.
• Silniki synchroniczne wymagają pierścieni ślizgowych i szczotek do podłączenia wirnika do zasilania. Silniki indukcyjne nie wymagają pierścieni ślizgowych.
• Silniki synchroniczne wymagają uzwojeń w wirniku, podczas gdy silniki indukcyjne są najczęściej konstruowane z prętami przewodzącymi w wirniku lub wykorzystują zwarte uzwojenia tworząc „klatkę wiewiórkową”.
